مويسانيت

المويسانيت ( يُلفظ / ˈmɔɪsəˌnaɪt / ) [ ^{5 ]} هو كربيد السيليكون الطبيعي ، وله أشكال بلورية متعددة . ^صيغته الكيميائية SiC ، وهو معدن نادر ، اكتشفه الكيميائي الفرنسي هنري مويسان عام 1893. يُستخدم كربيد السيليكون، أو المويسانيت، في التطبيقات التجارية والصناعية نظرًا لصلابته وخصائصه البصرية وموصليته الحرارية .

اكتشف هنري مويسان معدن المويسانايت أثناء فحصه لعينات صخرية من منطقة تُعرف الآن باسم فوهة النيزك، والواقعة بالقرب من كانيون ديابلو في ولاية أريزونا الأمريكية، عام 1893. في البداية، ظنّ خطأً أن البلورات ماس ، لكنه في عام 1904 حدّدها على أنها كربيد السيليكون. ^{[ 6 ] [ 7 ]} وكان إدوارد جي. أتشيسون قد قام بتصنيع كربيد السيليكون صناعيًا في المختبر عام 1891، أي قبل عامين فقط من اكتشاف مويسان. ^{[ 8 ]}

تمت تسمية الشكل المعدني لكربيد السيليكون تكريماً لمويسان في وقت لاحق من حياته.

لا يزال المويسانايت نادرًا جدًا في شكله الطبيعي. وحتى خمسينيات القرن العشرين، لم يُعثر على أي مصدر للمويسانايت سوى حبيباته ما قبل الشمسية الموجودة في النيازك الكوندريتية الكربونية ^{[ 9 ]} . ثم في عام 1958، تم اكتشاف المويسانايت في تكوين غرين ريفر في وايومنغ بالولايات المتحدة الأمريكية، وفي العام التالي، عُثر عليه كشوائب في صخر الكيمبرلايت فوق المافي من منجم ألماس في ياقوتيا في أقصى شرق روسيا. ^{[ 10 ]} ومع ذلك، فقد شكك الجيولوجي الأمريكي تشارلز ميلتون في وجود المويسانايت في الطبيعة حتى عام 1986. ^{[ 11 ]}

تشير الاكتشافات إلى أنه يوجد بشكل طبيعي كشوائب في الماس، والزينوليث ، وأنواع أخرى من الصخور فوق المافية مثل اللامبرويت . ^{[ 12 ]}

كشف تحليل حبيبات كربيد السيليكون الموجودة في نيزك مورشيسون عن نسب نظائرية شاذة للكربون والسيليكون، مما يشير إلى أصل خارج كوكب الأرض من خارج النظام الشمسي . ^{[ 13 ]} 99% من هذه الحبيبات تنشأ حول نجوم فرع العملاق المقارب الغنية بالكربون . ويُلاحظ وجود كربيد السيليكون بكثرة حول هذه النجوم، كما يُستدل من أطيافها بالأشعة تحت الحمراء . ^{[ 14 ]} تأخر اكتشاف كربيد السيليكون في نيزك كانيون ديابلو وأماكن أخرى لفترة طويلة بسبب تلوثه بالكربورندوم (SiC) الناتج عن أدوات الكشط المصنعة . ^{[ 12 ]}

تترابط البنية البلورية بروابط تساهمية قوية مماثلة لتلك الموجودة في الماس، ^{[ 6 ]} مما يسمح للمويسانايت بتحمل ضغوط عالية تصل إلى 52.1 جيجا باسكال . ^{[ 6 ] [ 15 ]} تتفاوت الألوان بشكل كبير وتُصنف من D إلى K على مقياس تصنيف ألوان الماس . ^{[ 16 ]}

تستخدم جميع تطبيقات كربيد السيليكون اليوم مواد اصطناعية ، لأن المادة الطبيعية نادرة للغاية.

اقترح الكيميائي السويدي يونس جاكوب بيرزيليوس عام 1824 احتمال وجود رابطة بين السيليكون والكربون في الطبيعة (بيرزيليوس 1824). ^{[ 17 ]} وفي عام 1891، أنتج الكيميائي الأمريكي إدوارد جودريتش أتشيسون معادن قابلة للاستخدام كبديل للماس كمادة كاشطة وقاطعة. ^{[ 18 ]} يتميز المويسانيت بصلابة أقل بقليل من صلابة الماس ، وتُقارن بصلابة نتريد البورون المكعب والبورون . كما يُمكن تصنيع المويسانيت الاصطناعي النقي من خلال التحلل الحراري لبوليمر ما قبل السيراميك بولي (ميثيل سيلين) ، دون الحاجة إلى مادة رابطة مثل مسحوق معدن الكوبالت.

استُخدمت أنواع معينة من كربيد السيليكون أحادي البلورة في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات عالية الأداء. ونظرًا لندرة المصادر الطبيعية لكربيد السيليكون، ولأن بعض الترتيبات الذرية فقط هي المفيدة في التطبيقات الجيولوجية، فقد طورت شركة " كري ريسيرش" (Cree Research, Inc.) ، ومقرها ولاية كارولاينا الشمالية، والتي تأسست عام 1987، عملية تجارية لإنتاج بلورات أحادية كبيرة من كربيد السيليكون. وتُعد "كري" الشركة الرائدة عالميًا في إنتاج كربيد السيليكون أحادي البلورة، والذي يُستخدم في الغالب في الإلكترونيات. ^{[ 19 ]}

في عام 1995، أسست شركة C3 Inc.، التي يرأسها تشارلز إريك هانتر، شركة Charles & Colvard لتسويق أحجار المويسانايت عالية الجودة. وكانت Charles & Colvard أول شركة تنتج وتبيع المويسانايت الصناعي بموجب براءة الاختراع الأمريكية رقم US5723391  A، والتي قدمتها شركة C3 Inc. لأول مرة في ولاية كارولاينا الشمالية. ^{[ 20 ]}

طُرح حجر المويسانايت في سوق المجوهرات كبديل للألماس عام ١٩٩٨ بعد حصول شركة تشارلز آند كولفارد (المعروفة سابقًا باسم C3 Inc.) على براءات اختراع لإنتاج وتسويق أحجار كريمة من كربيد السيليكون المُصنّعة مخبريًا، لتصبح بذلك أول شركة تقوم بذلك. وبحلول عام ٢٠١٨، انتهت صلاحية جميع براءات الاختراع الخاصة بالعملية الأصلية على مستوى العالم. ^{[ ٢١ ] [ ٢٢ ] [ ٢٣ ]} ومنذ عام ١٩٩٨، تُصنّع شركة تشارلز آند كولفارد وتوزّع مجوهرات المويسانايت والأحجار الكريمة غير المُصنّعة تحت العلامات التجارية Forever One و Forever Brilliant و Forever Classic . ^{[ ٢٤ ]} كما تُسوّق شركات أخرى أحجار كربيد السيليكون الكريمة تحت أسماء تجارية مسجلة مثل Amora .

على مقياس موس لصلابة المعادن (حيث يمثل الماس أعلى درجة، 10)، يُصنف المويسانايت بدرجة 9.5. ^{[ 4 ]} وباعتباره بديلاً للماس، يتمتع المويسانايت ببعض الخصائص البصرية التي تفوق خصائص الماس. ويُسوّق كبديل أقل سعرًا للماس، لا يتطلب عمليات التعدين المكلفة المستخدمة في استخراج الماس الطبيعي. ونظرًا لتشابه بعض خصائصه مع الماس، قد يُستخدم المويسانايت كبديل للماس المزيف. وقد تُعطي أجهزة الاختبار التي تعتمد على قياس التوصيل الحراري نتائج مشابهة لنتائج الماس. وعلى عكس الماس، يُظهر المويسانايت خاصية تغير اللون بالحرارة ، حيث يؤدي تسخينه تدريجيًا إلى تغيير لونه مؤقتًا، بدءًا من حوالي 65 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت) . ويُعد قياس التوصيل الكهربائي اختبارًا أكثر عملية ، والذي يُظهر قيمًا أعلى للمويسانايت. يتميز المويسانايت بانكسار الضوء المزدوج (أي أن الضوء الذي يمر عبر المادة ينقسم إلى حزمتين منفصلتين تعتمدان على استقطاب المصدر)، وهو ما يمكن ملاحظته بسهولة، على عكس الماس. ^{[ 25 ]}  

بسبب صلابته، يُمكن استخدامه في تجارب الضغط العالي كبديل للماس (انظر خلية سندان الماس ). ^{[ 6 ]} ولأن الماسات الكبيرة عادةً ما تكون باهظة الثمن بحيث لا يُمكن استخدامها كسندان، يُستخدم المويسانايت غالبًا في التجارب ذات الأحجام الكبيرة. كما يُعد المويسانايت الاصطناعي مثيرًا للاهتمام في التطبيقات الإلكترونية والحرارية نظرًا لتشابه موصليته الحرارية مع موصلية الماس. ^{[ 15 ]} ومن المتوقع أن تجد أجهزة كربيد السيليكون الإلكترونية عالية الطاقة استخدامًا في تصميم دوائر الحماية المستخدمة في المحركات والمشغلات وأنظمة تخزين الطاقة أو أنظمة الطاقة النبضية. ^{[ 26 ]}

يُعدّ كربيد السيليكون من أشباه الموصلات الشائعة الاستخدام في الإلكترونيات عالية الطاقة ودرجات الحرارة العالية. دخلت أجهزة الطاقة التجارية المصنوعة من كربيد السيليكون حيز الإنتاج الضخم في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، وذلك باستخدام ثنائيات شوتكي، تلتها ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون في العقد الثاني من الألفية الثانية. ^{[ 27 ]} بالمقارنة مع أجهزة السيليكون، يتميز كربيد السيليكون بفجوة نطاق طاقة أوسع ، ومجال كهربائي حرج أعلى، وموصلية حرارية فائقة، مما يُتيح تقليل خسائر التبديل والتوصيل، ورفع درجات حرارة التشغيل، والتشغيل عند فولتيات وترددات أعلى. ^{[ 27 ]} بحلول العقدين الثاني والثالث من الألفية الثانية، انتشر استخدام ترانزستورات MOSFET وثنائيات كربيد السيليكون على نطاق واسع في محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ومحركات القيادة الصناعية، وشواحن السيارات، ومحولات جر المركبات الكهربائية، وغيرها من الأنظمة، حيث أشارت الدراسات إلى أن التحول إلى كربيد السيليكون يُمثل نقطة تحول رئيسية في تصميم إلكترونيات الطاقة. ^{[ 28 ] [ 27 ]}

كما أنه يُظهر خاصية التلألؤ الحراري ، ^{[ 29 ]} مما يجعله مفيدًا في قياس جرعات الإشعاع . ^{[ 30 ]}

• تشارلز وكولفارد
• الزركونيا المكعبة
• الماس
• خاتم الخطوبة
• معرض تجاري
• مسرد مصطلحات علم النيازك

• الوسائط المتعلقة بالمويسانايت على ويكيميديا ​​كومنز